大気の進化が生物の誕生と化石エネルギー資源の形成におおきな役割を果たした。と言う事を先生が言ってましたが・・・大気の進化とはどのようなことなのですか?出来るだけ具体的に教えてください!やっぱり生物の進化と結びつけるような気がするのですが・・・

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A 回答 (2件)

 


  地球の歴史は、参照URL1に出ているように、初期に、微惑星の衝突が原地球を造り、原地球に、微惑星が衝突し続けることで、どんどん大きな惑星となったのです。その大気は、一番最初には、水蒸気、一酸化炭素、窒素などが主要成分だったと考えられます。
 
  しかし、やがて地球は冷却して行き、大気中の水蒸気は冷えて水となり、それは大豪雨となって、地表に降り、この結果、海が形成されました。この頃、地球の原始大気は、二酸化炭素、窒素、水蒸気などであったと思われます。やがて、冷却する地球内部から、硫黄とか、水素、その他色々な原子が大気中に放出されます。これは、後の火山の噴火においても、このような成分が、大気中に放出されました。
 
  しかし、原始大気には、「酸素」がなかったのです。大量の二酸化炭素の多くは、URL1にあるように、海の水に溶け、二酸化炭素による温室効果は過大に働くことなく、地球の表面温度や大気組成は、安定したものとなったとも言えます。
 
  しかし、上で述べたように、原始地球大気には、二酸化炭素や窒素はあっても、酸素はなかったのです。従って、原始的な生命が生まれ、展開した時、彼らは、酸素を必要としない体機構を持っていました。参考URL2にある、二酸化炭素から酸素を、水を媒介に作り出す、藍藻類の発生によって、大量に、二酸化炭素から酸素が造られるようになりました。
 
  原始生命は、太陽の光のエネルギーを取り込んで光合成を行っていたのですが、原初の光合成細菌は硫化水素や硫黄、水素を媒介に、水蒸気や硫黄を作り出していました。やがて、藻類が誕生し、藻類は、二酸化炭素から酸素を生み出す光合成反応を行い、これに続く真核藻類や一般の植物の誕生と発展で、地球大気中の二酸化炭素は、次第に酸素へと置き換わって行きます(URL3参照)。
 
  約7億年前、陸上植物の出現とほぼ同じくして、地球大気中の酸素濃度は上昇をやめ、安定化します。約6億年前、海生動物が誕生し、やがて、古生代カンブリア紀となり、生物の驚くべき多様化が現れます。カンブリア紀から、4億4千万年ほど前のオルドヴィス紀までのあいだに、大気の酸素は、高空で電離し、オゾン層ができます。これによって、水に守られていない陸上が安全となり、様々な生物の陸上への進出が起こります。
 
  約4億年前のシルリア紀には、地上にはシダ植物が繁茂し、小型昆虫などの動物が多数出現します。次のデボン紀なかばには、造山運動が活性化し、この影響でか、地球大気は冷却します、低温となります。しかし、約3億4千万年前から始まる石炭紀には、地球は高温多湿に変じ、巨大シダ植物が大繁茂し、地球大気は、酸素濃度が過剰になって行きます。この時代の植物化石が蓄積され炭化したものが、世界中で、優良な石炭として採掘され、そこから、この時代が「石炭紀」と名付けられました(石炭は他の時代にも産出します。高温多湿で植物生育の条件が整った場合、大規模に植物が繁茂し、蓄積されると石炭となるからです)。
 
  これ以降の時代については、酸素濃度と二酸化炭素濃度は、交互に増えたり減ったりしながら、安定状態を維持します。植物の大繁茂は、大気中の酸素濃度を高め、動物の増加となり、動物は酸素を消費し、こういうサイクルが続いて行きます。火山運動の活発な時代には、噴火産出物質として、硫黄や窒素や水蒸気が出て、地球大気組成に影響を与えましたが、それも、やがて、動物などの体内や、海や地球自体に吸収され、大気成分は安定して今日に至りました。
 
  このように、植物の発生や展開、動物の発生や展開で、地球大気の組成は、二酸化炭素を中心とする組成から、酸素を含む、現在のような組成に変化して来ました。これを、「大気の進化」と呼べるでしょう。(こう言ったプロセスは、参考URL6で、表になってまとめられています)。
 
  石炭は、上に述べたような事情で形成されましたが(詳しくは、参考URL5も参照)、石油の方は、わたしが知っている範囲では、生物遺骸が蓄積して、これが圧縮などを受けて変質して液状になったという説と、石油無機物起源説の二つがあったと思います。石油は、石炭と同様に、古生代石炭紀と、中生代白亜紀(約1億年前)に集中して形成されたとされますが、石炭は陸上で造られたのに対し、石油は主に海中で造られました(珪藻など植物プランクトンの遺骸が蓄積されて石油となったとされます)。
 
  参考URL1:(原始)地球の歴史
  http://www.ohta-geo.co.jp/x/furuta/benkyou/tikyu …
 
  参考URL2:酸素発生型光合成と藻類
  http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~inouye/ino/etc/ox …
 
  参考URL3:地質時代の二酸化炭素と酸素の割合
  http://www.biol.tsukuba.ac.jp/~inouye/ino/etc/O2 …
 
  参考URL4:大気組成の変遷
  http://www3.justnet.ne.jp/~hagiya/atmosph1.htm
 
  参考URL5:植物の上陸と大気組成の変化
  http://www3.justnet.ne.jp/~hagiya/ccycle1.htm
 
  参考URL6:空気の起源-表
  http://www.putiputi.co.jp/inpaku/kigen.htm
 
  参考URL7:地質Q&A-石油と石炭
  http://www.aist.go.jp/GSJ/oLT/sgk/soudan/qanda.h …
 

参考URL:http://www.putiputi.co.jp/inpaku/kigen.htm
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しばらく.関係してなかったのでかなり間違えているはずです。



原始の大気組成は.硫酸か硝酸か硫化水素酸の海.雷の放電.と強いけんきせいを示し酸素がない。このような大気をフラスコの中で再現して.放電を繰り返して.アミノ酸や核酸を合成した科学者がいました(名前忘却)。

その後コアゼルベート(名称疑問)と呼ばれる自己増殖する物がうまれ.生物へと進化して行きました。
最初に発生したのは.おそらく硫酸還元菌(名称疑問)のような菌でしょう(日本海溝の地底で見つかりました)。熱と水と硫酸で生育し.有害な酸素を放出して増えました。その後植物プランクトンが発生して.光と二酸化炭素から生育し有害な酸素を大気中に放出しました。その結果.大気中の酸素濃度が上昇し.今度は酸素呼吸静物が発生しました。

だいたいこのような流れだったと記憶しています。
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 ただし、
http://www.asahi-net.or.jp/~fx3j-aid/kofun/saitama/45_ogno/ogano1.html
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 この地域の周辺のことは
http://www.kumagaya.or.jp/~sizensi/event/e_repo/20001022/geo001022.html
も読むと良いでしょう。こちらでも川原の石から化石を採集するという記述があります。

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 実は野島でなくとも、近くの同じ地層のところなら同じことなのですが、適当な場所というのは有りそうで無いだろうと思います。

 最後にこのような場所を捜すための参考書として、「日曜の地学」(築地書館)を挙げておきます。現在25巻まで出ているようですが、県別または2・3県ずつで地質や地形の解説と見学、鉱物や化石の採集のガイドが載っています。多分図書館には近隣の地域のものなら入っていると思います。
 ずっと詳しく紹介して有りますよ(残念ながら私はきょうだいから借りて読んだだけです)。
 

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  空気の分子は、温度が上昇すれば、運動エネルギーは増大しますが、同じ数の分子で占める体積が大きくなります。仮想の円筒のなかで言えば、上に行くほど、一般的に、空気分子の運動速度は速くなり、つまり、熱くなり、代わりに、密度が減って行きます。しかし、n層とn+1層のあいだの、衝突エネルギーの成分総和の均衡は維持されているはずです。維持されていなければ、対流が生じるからです。この場合、対流のない、風のない、静かな、大気状態を考えているので、対流はないのです。また、仮に対流があっても、全体として、この円筒の底面では、気圧は1気圧前後に維持されます。
 
  この話は、底面つまり地表面の1層と、1万メートル上空の1万層を較べて見ると、はっきりするでしょう。1万メートル上空の空気層は、気圧が0.05%かそれ以下のはずです。つまり、1層と1万層が接触すると、瞬間に、1層の空気は、1万層の空気領域に流れ込むのです。
 
  しかし、1層、2層、3層、と上昇する過程で、こういうことは起こらない訳で、何時の間にか、気圧はゼロに近づいて行くのです。
 
  ここでは、気圧の原因として「空気分子の運動エネルギー成分」だけを考えて来たのです。しかし、それ以外の力が加わっているとしか云えないでしょう。白夜の北極でも、地表というか氷水面の気圧は1気圧です。太陽の光のエネルギーは、おそらく関係ないのでしょう。それは、高気圧や低気圧の原因ではあっても。
 
  では何が、1層と1万層のあいだで、連接する層のあいだの力の均衡を維持しつつ働いたのか。それは、大気分子の持つ質量の地球中心へと向かう重力以外に考えられないのです。分子の質量にかかる重力なら、層と層のあいだでは、ほとんど無視できるぐらいに小さく、しかし、千層とか離れると、仮想円筒内に含まれる千層分の分子にかかる地球引力の総和は、無視できないぐらい大きくなるのです。
 
  ここで、仮想円筒は、気圧ゼロにほとんど近い、超高空まで考えます。すると、地表における「1気圧」とは、地表の運動大気分子が、地表に衝突して発生させている衝突のエネルギーの総和だということになりますが、地表の分子を、これだけ大きな「総エネルギー」にした理由は何かというと、第1層の遙か上に重なっている空気の層の全質量にかかっている重力だということになります。
 
  重力加速度は、高度1万メートルぐらいでは、そんなに変化しません。高度10万メートルでもあまり変わりありません。大気は、高度10万メートルで、その大部分が層となって存在しています。高度10万メートルの気圧は、セロに近いのです。
 
  つまり、地表の「1気圧」は、実は、仮想円筒で考えると、この円筒のなかの層を成した空気の質量に重力加速度が加わって生まれた力だということになります。
 
  1気圧は、水柱換算で、ほぼ10メートルです。底面1平方メートルの仮想円筒を考えると、1平方メートルの面積にかかる力は、底面1平方メートルの水柱10メートル分の力と等しくなります。重力加速度は同じ値であるなら、これは、とりもなおさず、底面1平方メートルの仮想円筒のなかの空気の総重量が、底面1平方メートルの水柱10メーチルの質量(重量)と等しいということになるのです(この質量は、10トン=10^4 kg です)。
 
  地表の1平方メートルには、その上空に、10トンの大気があることになります。そうとすれば、地球の全表面積を求め、平方メートル単位でかけると、地球の全表面上にある大気の全質量が計算で出てくるでしょう。
 
  地球の半径は、赤道面で6378kmです。地球を球体と考えて、その全表面積を求める式を考えると、それは4πr^2 です。これに、r=6.378X10^6 m を代入して、全表面積を計算し、これに、先の1平方メートル当たりの大気質量 10^4 kg をかけます。こたえは、4*π*(6.378*10^6)^2X10^4 =5.11*10^18 kg です。これは、地球大気の総質量とされる、5.1*10^18 kg とほとんど等しい値です。水柱の長さ10メートルが、もう少し長かった可能性があります(また、赤道半径で計算しているのでずれているのでしょう)。
 
  標準重力加速度で、1気圧に対応する水柱の長さは=1033.2276 cm であり、つまり、10.332276 m です。10^4 の代わりに、1.03323*10^4 をかけると、4πr^2*(水柱重量)= 5.111855*10^14 * 1.03323*10^4 =5.282*10^18 kg です。これは大きくなり過ぎですが、回転楕円体の地球を球体としたからかも知れません。
 
  極半径r=6357km=6.357X10^6 m を使うと、
  4*π*(6.357*10^6)^2X1.03323*10^4=5.247*10^18 kg です。まだ大き過ぎます。何か見逃しているのか(計算間違いをしているのか)も知れませんが、ほぼ、近い数字が出てきます。
 

 
  これは、確か二階の偏微分方程式を解いていたような記憶があるのですが、あれは惑星学の理論的な大気密度の分布を計算していた式のような気がしてきました。そして、よく考えると、非常に単純に計算できるのではないかという考えになりました。
 
  これについて、赤道上でも、また南極・北極点上でもいいのですが、それらの地点の大気圧は、平均して1気圧だという「事実」があります。大気は、上空に向かって、層にもなっていて、空気の大域的な温度によって、低気圧とか高気圧が発生し、地上の気...続きを読む


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